Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Estática Volume 1 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 3.4 - Ex. 93
O mastro está no plano vertical e é sustentado por uma rótula em e por dois cabos em . Calcule a força trativa em cada cabo devido à força de agindo no plano horizontal e aplicada no ponto médio do mastro. Despreze o peso do mastro.
Passo 1
O desenho do enunciado já ilustra muito bem as forças envolvidas, então vamos começar escrevendo as tensões e em forma vetorial. Isso quer dizer que vamos multiplicar os escalares e pelos vetores unitários nas direções de e , respectivamente:
Vamos escrever a força em forma vetorial também:
Passo 2
Para evitar a força exercida pela rótula em , vamos calcular o momento em relação ao eixo . Para isso vamos precisar dos vetores-posição que vão do eixo até os pontos onde cada uma das forças é aplicada.
Para as forças e temos:
E para a força (que atua no ponto médio do mastro) temos:
E então o momento em relação ao eixo é o seguinte:
Vamos começar resolvendo os três produtos vetoriais separadamente:
Mas como nós só vamos considerar as projeções sobre o eixo (afinal de contas temos que fazer o produto escalar de cada termo por ):
E essa é nossa primeira equação, precisamos encontrar mais uma.
Passo 3
Agora vamos considerar o momento em relação ao eixo . Mais uma vez a força em terá momento nulo, mas precisamos reescrever nossos vetores posição.
Dessa vez vamos fazer os vetores associados a e irem até o ponto (poderia ser qualquer ponto na linha de ação das forças):
E nem precisamos do produto vetorial para encontrar o momento gerado por em torno do eixo (sentido horário):
Falta então calcular o momento das forças e no eixo :
Começamos resolvendo essa soma de vetores:
E juntando tudo isso o momento em relação ao eixo fica:
Reescrevendo esse produto vetorial como o determinante de uma matriz:
Como no final só vamos pegar a componente podemos simplesmente só calcular essa parte do determinante:
E essa é nossa segunda equação!
Passo 4
Agora que temos duas equaçãoes e duas variáveis, podemos resolver o sistema para encontrar e :
Somando as duas equações:
E substituindo isso na primeira:
Resposta
As forças são e .